Jaderné zbraně, SERIÁL 8. DÍL

Na závěr našeho seriálu je tu malý „návod“, jak si jadernou zbraň vyrobit. Nebude to à la televizní Receptář Přemka Podlahy, ale spíše základní popis reálné výroby.

„Jadernou bombu umí sestrojit každý – dáte dvě polokoule uranu k sobě a BUM.“ Tento názor jednoho nejmenovaného diplomata nebudeme hlouběji komentovat. Raději se podíváme, jak je to ve skutečnosti.

Vyplyne z toho, proč se dělají testy jaderných zbraní, aby se tyto vešly do mezikontinentálních raket. Pro ty, kteří se seriálem dočetli až sem, to bude asi nejtechničtější část, ale pokusíme se vše vysvětlit bez rovnic.

Boosted, nebo primary?

K jaderné zbrani vždy potřebujete bombu štěpnou – budeme se držet anglického názvu, tzv. PRIMARY. Pokud její mohutnost chcete zvětšit, můžete ji „nadopovat“ a máte zbraň zvanou BOOSTED. Pokud chcete ještě větší mohutnost, přidáte další stupeň, SECONDARY.

Někdy lze polemizovat, kolik stupňů přidáváte (třeba ruský design SLOJKA), ale pro začátek nám toto dělení stačí.

Dnešní zbraně jsou většinou BOOSTED PRIMARY a k tomu přidaná SECONDARY. Vše se snažíte vyrobit malé (aby se to vešlo do rakety/letadla/miny/torpéda/dělového náboje) a mimořádně bezpečné – rozhodně nechcete, aby vám jaderná bomba vybouchla ve vašem skladu/autě/letištním hangáru/lodi/letadle.

Alespoň čtvrt metráku uranu U235

PRIMARY musí mít nadkritické množství uranu 235 nebo plutonia 239 (jiné prvky jsou jen pro akademické úvahy).

Mezinárodní standardy uvádějí, že je třeba minimálně 25 kg U235 nebo 8 kg Pu239. Ve skutečnosti lze PRIMARY sestrojit i s menším množstvím, pokud jste šikovní a použijete dobrý reflektor neutronů.

Ani čistý U235, ani čisté Pu239 v přírodě neseženete. Musíte si je vyrobit. U235 obohacováním (proto tolik povyku kolem íránských odstředivek), Pu239 ozářením jaderného paliva v jaderném reaktoru a potom chemickým oddělením Pu239 od ostatního vysoce radioaktivního odpadu (proto tolik povyku okolo severokorejských testů).

Pak musíte sestrojit PRIMARY tak, aby byla bezpečná při převozu a skladování (tj. co nejvíce podkritická), ale co nejúčinnější při explozi (tj. co nejvíce nadkritická).

Jsou dvě cesty:

• První je rozdělení štěpného materiálu na několik (třeba dvě) podkritických částí, jež jsou běžnou výbušninou k sobě „přistřeleny“. Tomuto typu se říká GUN TYPE a jsou to oním diplomatem zmíněné dvě polokoule uranu.
  Tento jednoduchý design se osvědčil v Hirošimě, vyvinuli ho i Jihoafričané, ale dnes ho nikdo nepoužívá – je málo účinný a velmi nebezpečný.
  Nebezpečný proto, že když vám při nehodě ony polokoule sklouznou k sobě, dojde k jadernému výbuchu. Málo účinný proto, protože při jaderné explozi je materiál rozmetán dříve, než se celý stihne rozštěpit.

• Druhá cesta je ponechání štěpitelného materiálu ve stavu s nízkou hustotou. Tento materiál se obklopí konvenční trhavinou a její výbuch hustotu štěpitelné části zvýší do nadkritického stavu. Tato cesta je technicky velmi náročná.
  IMPLOSION, jak se tento typ nazývá, funguje jen tehdy, pokud je štěpitelný materiál zmáčknut výbuchem ve velmi malém okamžiku a ze všech stran stejně.
  V podstatě se snažíte zmáčknout fotbalový míč tak, aby byl stále ve tvaru koule, a ne nějaká šiška. No, zkuste si to…
  Výhodou je, že pokud se vám to povede, rozštěpíte více materiálu než u GUN TYPE. Druhou výhodou je, že pokud dojde k nehodě (třeba pádu letadla), takováto přesná komprese nikdy nenastane, a bomba tedy jaderně nevybuchne (o nehodách jaderných zbraní jsme psali v předchozích dílech).
  Toto je standardní design jaderných PRIMARY dnes.

Jak na zážeh?

Pro „zažehnutí“ jaderného výbuchu se u obou typů používá neutronový zdroj (dříve PoBe, dnes většinou AmBe, PuBe či generátor), který dvěma spojeným polokoulím dodá první „generaci“ neutronů.

Neutronovým zdrojem lze též řídit mohutnost exploze při stejném množství štěpitelného materiálu, ale je to neefektivní. Tento zdroj se nalézá uvnitř PRIMARY.

Pokud je mohutnost PRIMARY malá, lze využít vysokých teplot a tlaků a přidat „trochu“ deuteria (D) a tritia (T), které při fúzní reakci zvýší mohutnost bomby.

To je pak bomba BOOSTED. Toto přidávání má bohužel svoje omezení, protože při jistých množstvích D a T by se PRIMARY „nafoukla“ a už by nebyla kritická. Jednoduše by byl štěpitelný materiál nahrazen neštěpným.

Limitem mohutnosti PRIMARY je podkritičnost systému při převozu zbraně. PRIMARY lze udělat i ze 100 kg uranu o mohutnosti až 500 kt (americký test Ivy King), ale tato zbraň bude velmi nebezpečná pro vlastní tvůrce, a tedy v praxi nepoužitelná.

Využití vodíkové bomby

K dalšímu zvětšení mohutnosti se musí použít druhého fúzního stupně, kdy PRIMARY slouží jen jako zápalka daleko mohutnější „vodíkové“ bomby.

Dnes je pro tyto „vodíkovky“ standardem Tellerův-Ulamův postup neboli 3. způsob, jak ho nazval Sacharov (viz schéma).

Při něm je záření z výbuchu PRIMARY směrováno na zahřátí a zmáčknutí SECONDARY předtím, než výbuch z PRIMARY materiál ze SECONDARY rozmetá.

SECONDARY je fúzní materiál (opět deuterium (D) a tritium (T) či jejich matečné prvky), a čím více ho dáte, tím bude mohutnost výbuchu větší. Tedy 10kt a 8Mt bomba může mít stejnou PRIMARY a jen různé SECONDARY ovlivní velikost výbuchu.

Navíc D i T při BOOSTED bombě mohou být v plynné formě, a mohou být tedy před odpálením „vypuštěny“. Tím by pak mohla mohutnost klesnout i pod 1 kt. A to jsou metody, jak mít bombu s „nastavitelnou“ mohutností.

Do SECONDARY jsou přidány „zážehové svíčky“ v podobě uranu či plutonia nebo obal z uranu, ale tyto finesy zde nebudeme rozebírat.

Čím více uranu a plutonia, tím bomba vyprodukuje více radioaktivního spadu.

Čím více materiálu ve fúzní části, tím je bomba “čistější” a bude více ničit teplem a tlakovou vlnou.

Indický příklad

Jak se staré bomby liší od nových, na to se pojďme podívat na indickém příkladu:

Starší implozivní zbraně (A) potřebovaly 8 kg plutonia a měly při mohutnosti 12 kt hmotnost 500 kg, což je pro leteckou bombu snesitelné, ale pro mezikontinentální rakety příliš velké a těžké.

Novější indické BOOSTED bomby jsou dvakrát menší, váží jen 100 kg a mají „nastavitelnou mohutnost“ mezi 0,5 kt (C) a 17 kt (B). K takovému efektivnějšímu řešení je ale třeba několik testů jaderných zbraní.

Pokud jadernou bombu chcete doručit na mezikontinentálním nosiči, bude jaderná hlavice při pádu z vesmíru skrz atmosféru třením o vzduch velmi zahřívána. A přitom nechceme, aby vybouchla; to má nastat až nad cílem. Musí být tedy použit typický tvar hlavice a ten taky dnes limituje návrh jaderných zbraní a vede ke kuželovitým tvarům.

Na závěr ukažme průřez moderní hlavicí W76 (viz schéma a obrázek). Vlevo je vidět jak PRIMARY, tak i SECONDARY, vpravo je kryt MIRV, tedy kuželovitého návratového modulu mezikontinentální hlavice.

Tímto bych základní část seriálu o jaderných zbraních ukončil.
Pokud máte zájem o jeho rozšíření, budu bedlivě číst debatu pod články a mohu přidat bonusový díl.

psáno pro WWW.PEAK.cz